La région de Barberton

La région de Barberton
Jean-François Moyen
18 janvier 2007
Table des matières
1 Stratigraphie et unités géologiques 4
1.1 La ceinture de roches vertes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
a. Le groupe d’Onverwacht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
b. Le groupe de Fig Tree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
c. Le groupe de Moodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2 Les orthogneiss avoisinants et leurs enclaves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
a. Le pluton de Steynsdorp : 3.55–3.50 Ga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
b. Le “bloc de Stolzburg”, ca. 3.45 Ga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
c. Les plutons à ca. 3.2 Ga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3 Les batholites tardifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2 Architecture et structures 17
2.1 Les structures dans la CRV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2 Le système de failles d’Inyoka–Inyoni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
a. La faille d’Inyoka–Saddleback, dans la CRV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
b. La zone de cisaillement d’Inyoni, dans les gneiss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
c. Une structure d’échelle cratonique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3 Les structures dans les gneiss TTG et leurs enclaves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
a. A l’échelle cartographique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
b. A l’échelle de l’affleurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.4 Les contacts entre CRV et gneiss et les structures en dômes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
a. Contacts intrusifs et mise en place des plutons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
b. Contacts tectoniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
c. La formation des structures en dômes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3 Le métamorphisme dans et autour de la CRV 26
3.1 Dans la CRV proprement dite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.2 Dans les gneiss du domaine NW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.3 Dans les gneiss du domaine SE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.4 Dans le contact entre les deux terrains : zone de cisaillement d’Inyoni . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.5 Synthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1

4 Histoire géologique 29
4.1 L’histoire précoce (3.6–3.3 Ga) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.2 Les épisodes à ca. 3.2 Ga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
a. Subduction et arc insulaire, 3.29/3.25 – 3.23 Ga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
b. Collision arc–continent, 3.23–3.22 Ga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
c. Effondrement orogénique, 3.22–3.21 Ga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
d. Une orogénèse de type moderne ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.3 La mise en place des batholites à 3.1 Ga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2

Le bloc archéen de la région de Barberton
Larégion de Barberton est le noyau le plus ancien du craton du Kaapvaal. C’est un bloc qui a été formé et structuré entre 3.6 et 3.1 Ga, ce qui en fait aussi l’un des trois plus anciens terrains du monde1, après le
Sud-Ouest du Groenland (jusqu’à 3.8 Ga) et aussi vieux que le craton de Pilbara dans le Nord-Ouest Australien
(3.5 à 3.2 Ga).
Fig. 1: Carte géologique de la région de Barberton. Les unités en gris fonçés sont les couvertures sédimentaires récentes
(Transvaal au Nord, Karoo au Sud). Les unités en blanc sont des les roches plutoniques vieilles de 3.1 Ga. KaF : Kaapmuiden
Fault ; KoF : Komati Fault ; ISZ : Inyoni shear Zone ; IF : Inyoka Fault.
De façon simplifiée, on peut reconnaître à Barberton trois unités géologiques essentielles :
– La ceinture de roches vertes (C.R.V.) elle-même, formée de laves et de sédiments (3.55–3.21 Ga).
– Les orthogneiss (et quelques enclaves métamorphiques) avoisinants, formés lors de trois épisodes successifs, à
3.55, 3.45 et 3.25–3.21 Ga. Ce sont des granites de nature “TTG”, déformés.
– Des grands batholites granitiques (s.s.) et syénitiques, plus potassiques donc que les TTG, formés à 3.11–3.07
Ga.
On peut aussi distinguer 4 phases tectoniques majeures, chacune accompagnée de plutonisme et parfois de
1En omettant les enclaves de gneiss d’Acasta dans le Nord du Canada, certes plus anciens (4.04 Ga) mais ne formant pas un
terrain de taille suffisante pour présenter une géologie reconaissable
3

Le bloc archéen de la région de Barberton
métamorphisme :
1. Aux alentours de 3.55–3.50 Ga (reliques discrètes) ;
2. A 3.45 Ga ;
3. A 3.29–3.21 Ga (phase majeure, durant laquelle les principales structures visibles à l’échelle cartographique
se sont formées ; c’est aussi l’âge du seul métamorphisme réellement préservé) ;
4. A 3.11–3.07 Ga (lors de la mise en place des plutons tardifs ; c’est une phase de déformation relativement
mineure, confinée à quelques zones de cisaillement autour de ces granites).
1 Stratigraphie et unités géologiques
1.1 La ceinture de roches vertes
Dans la CRV proprement dite, on distingue classiquement trois unités superposées (et plissées ensemble), sur
des bases lithologiques et chronologiques. Dans les détails, la stratigraphie n’est pas entièrement résolue ; de
nombreuses formations ne sont pas continues latéralement, et la déformation, importante, rend les corrélations
à distance difficile. La discussion suivante ne doit donc pas donner une (fausse) impression de continuité ; en
particulier, il existe une différence importante entre les parties sud-Est et Nord-Ouest de la CRV, de part et
d’autre d’une importante structure, la faille d’Inyoka.
Fig. 2: Détails stratigraphiques dans la partie Sud-Ouest de
la CRV de Barberton (Hofmann et al.,2004)
(Toutes les descriptions qui suivent viennent de Lowe & Byerly (1999) et Hofmann et al. (2004), les références
ne sont pas rappelées systématiquement. Les âges sont compilés par Poujol et al. (2003), je ne cite pas à chaque
fois la référence d’origine.)
4

Le bloc archéen de la région de Barberton
a. Le groupe d’Onverwacht
Le groupe d’Onverwacht occupe la base de la séquence.
Fig. 3: Log dans le groupe d’Onverwacht (Hofmann et al.,
2004)
Dans la partie Sud-Est, il s’est formé entre 3.55 et 3.26
Ga, et son épaisseur totale est de 13 km. Dans la par-
tie Nord-Ouest, il est plus mince (quelques kilomètres),
et s’est mis en place entre 3.3 et 3.25 Ga. Dans les
deux cas, le groupe d’Onverwacht est formé principa-
lement de laves basiques et ultrabasiques (dont les ko-
matiites), avec ici et là des intercalations de cherts, de
sédiments clastiques, parfois de laves felsiques (dacites).
L’ensemble (sauf les niveaux mentionnés plus bas) est
faiblement métamorphisé, en faciès schiste vert au maxi-
mum. Les roches basiqus et ultrabasiques sont souvent
altérés (fuschite, une muscovite chromifère), en condi-
tions hydrothermales.
Au Sud-Est
On distingue 6 formations successives, qui sont de bas en haut :
– Les formations de Sandspruit et Theespruit. Ce sont
les deux seules parties du groupe d’Onverwacht qui
soient en faciès amphibolite.
La formation de Sandspruit n’apparaît que sous forme
d’enclaves au sein des gneiss TTG au Sud de la CRV ;
elle regroupe des lithologies variables, non corrélables
avec le reste de la CRV, et les rares âges obtenus (Dzig-
gel et al.,2002) montrent qu’en fait elle n’est pas spé-
cialement plus ancienne que le reste du groupe d’On-
verwacht.
La formation de Theespruit (env. 1900 m) est plus
continue ; elle est formée de schistes ultrabasiques ou,
au contraire, acides, qui sont les équivalents métamor-
phiques des laves basiques et des dacites évoquées plus
haut. On y trouve des âges aussi anciens que 3.547 Ga.
La formation de Theespruit est séparée du reste du
groupe d’Onverwacht par une faille, la faille de la Ko-
mati. Ces deux unités ne sont donc peut-être pas tant
la partie “inférieure” de la stratigraphie, que simple-
ment des équivalents métamorphisés et déformés des
niveaux plus “supérieurs”.
– La formation de la Komati (3.48–3.47 Ga ; env. 3100
m), au dessus de la faille du même nom, est formée
essentiellement de coulées massives ou en pillows de
komatiites et basaltes komatiiques. Elle est termine par
le “middle marker”, un horizon continu, à valeur de
marqueur régional, formé de grès volcanoclastiques et
de cherts (3472 ±5 Ma).
5